Selvmontering, biomimetiske kompositter besidder usædvanlige elektriske egenskaber

Sommetider, bryde regler er ikke en dårlig ting. Især når reglerne er tilsyneladende naturlove, der gælder i bulk -materialer, men andre kræfter vises i nanoskalaen.

"Naturen ved, hvordan man skal gå fra de små, atomskala til større skalaer, "sagde Melik Demirel, professor i ingeniørvidenskab og mekanik og indehaver af Lloyd og Dorothy Foehr Huck -stolen i biomimetiske materialer. "Ingeniører har brugt blandingsregler til at forbedre ejendomme, men har været begrænset til en enkelt skala. Vi er aldrig gået ned til det næste niveau af hierarkisk teknik. Den centrale udfordring er, at der er tilsyneladende kræfter i forskellige skalaer fra molekyler til bulk. "

Kompositter, Per definition, er sammensat af mere end en komponent. Blandingsregler siger, at mens forholdet mellem en komponent og en anden kan variere, der er en grænse for kompositets fysiske egenskaber. Ifølge Demirel, hans hold har brudt den grænse, i hvert fald på nanoskalaen.

"Hvis du har en ledende polymerkomposit, er mængderne af polymer og metalforbindelse begrænset af blandingsreglen, "sagde Demirel." Reglerne styrer alt om matrix og fyldstof. Vi tog materialer - en biopolymer og et atomtyndt ledende materiale - lod dem organisere ved selvsamling, og brød reglen om blandinger. "

Holdets materialer er sammensat af en biomimetisk polymer baseret på tandem -gentagelsesproteiner produceret af gentuplikation og inspireret af strukturen af ​​blæksprutte ringtænderproteiner, og udførelse af titaniumcarbid 2-D MXene, kun et få-molekyl-tykt lag metal. Denne lagdelte sammensatte selvsamler sig, og polymeren formidler afstanden mellem metallagene. Ved at bruge genteknik af tandem-gentagelsesproteiner-en biopolymer, der gentager en bevaret sekvens-kan forskerne kontrollere afstanden mellem ledende lag mellem lag uden at ændre de sammensatte fraktioner. Forskernes mål er at skabe selvsamlende materialer med hidtil uset kontrol over deres fysiske egenskaber ved hjælp af syntetisk biologi.

Fordi polymeren selv samler sig til et tværbundet netværk, matrix-til-fyldstof-forholdene i små områder kan bryde blandingsreglerne, og de elektriske egenskaber ved lagdelt materiale ændres. Forskerne rapporterer resultaterne af deres arbejde i en nylig udgave af ACS Nano .

Denne biomimetiske polymermetalkomposit kan være både fleksibel og ledende i de korrekte bulkblandinger. På den mikroskopiske skala, når den strukturelle symmetri er brudt, elektrisk ledningsevne afhænger af retningen.

"Det unikke er, at du nu kan få elektrisk ledningsevne i flyet, der adskiller sig fra ledningsevne uden for flyet, sagde Demirel.

Så længe strømmen går langs 2D-materialelagets plan, ledningsevnen er lineær, men hvis strømmen ledes hen over lagene, ledningsevnen bliver ikke -lineær.

"Nu kan vi lave en lagerenhed, "sagde Demirel." Vi kunne også lave dioder, afbrydere, regulatorer og andre elektroniske enheder. Vi ønsker at lave materialer, der er designet med ønskede egenskaber til opbygning af nye funktionaliteter, som er svære at opnå eller tidligere uopnåelige. "